Ali Pourahmad
32 یادداشت منتشر شدهرفع محدودیت حفاری فوق عمیق با توسعه و بهبود سیستم خنک کننده فناوری لیزری جهت دستیابی به منابع انرژی زمین گرمایی و یا حفر چاه های نفت
ر این یاداشت بطور کوتاه و خلاصه به بررسی "رفع محدودیت حفاری فوق عمیق با توسعه و بهبود سیستم خنک کننده فناوری لیزری جهت دستیابی به منابع انرژی زمین گرمایی و یا حفر چاه های نفت" از سری مقالات منتشر شده من میپردازیم.
لازم به اشاره میدانم, یاداشت زیر تنها مختصری از بخش "مقدمه مقاله اصلی" است, لذا در صورت علاقمندی می توانید توضیحات فنی جامع و کامل این ایده/اختراع را به تفصیل در بخش زبان فارسی وب سایت "سیاره علوم" www.sciencesplanet.com مطالعه و همچنین ویدیوی خلاصه فیلم این ایده را مشاهده فرمائید. ضمن احترام, این یاداشت بعنوان بخشی از مقاله اختراعات و نوآوری ها تحت قانون "مالکیت معنوی" بوده و صرفا جهت اطلاع رسانی عموم است لذا هر گونه کپی برداری و استفاده غیر مجاز از توضیحات, تصاویر تخصصی و ایده های بازگو شده در این یاداشت ممنوع می باشد.
نوآوری حفاری لیزری، فرصت نفوذ عمیق با مبدل های حرارتی در اعماقی را میسر می کند که توسط فناوری های حفاری سنتی متکی بر مته امکان پذیر نیست زیرا در حفاری سنتی (با در نظر گرفتن نیاز به تجهیزات و استهلاک طول عمر اجزای رشته حفاری به ویژه مته های حفاری که منجر به سطوح بالاتر زمان غیرمولد NPT و افزایش هزینه های تکمیل می شود), ما با چالش های جدی بعنوان موانع اصلی رسیدن به اعماق زیاد زمین مواجه هستیم. تا کنون آزمایشات و تحقیقات زیادی بر روی ترکیب حفاری لیزری با حفاری مکانیکی به عنوان یک فناوری مستقل انجام شده است اما کماکان کاربرد این ترکیب در تولید انرژی به دلیل الزامات استحصال انرژی زمین گرمایی در حلقه باز سنتی (حفظ و یا بزرگ کردن شکستگی های سنگ EGS) با مشکل غیر عملیاتی شدن مواجه است. مهمترین و اصلی ترین چالش فناوری حفاری لیزری مربوط به خنک کردن سر مته و شستشوی سنگ های ذوب شده از گمانه از عمق بسیار زیاد می باشد. اما علیرغم این مشکل فنی, میبایست به این نکته مهم نیز توجه کنیم که در افق اهداف برنامه ریزی شده جهت دسترسی به انرژی زمین گرمایی, "حفاری عمیق لیزری" بعنوان تنها راهکار در تخریب و سوراخ کردن سنگ های فوق العاده سخت و کریستالی که در اعماق زیاد قرار دارند، شناخته می شود. بدون تردید در آینده بسیار نزدیک با عملیاتی شدن "حفاری عمیق لیزری" امکان نفوذ در اعماق بسیار زیادی که گرمای غنی از پرتوزایی وجود دارد, میسر خواهد شد.
روند حفاری در اعماق بسیار زیاد بدلیل وجود سنگ های بسیار سخت با کندی نفوذ مته در لایه های زیرین زمین مواجه می شود. این کندی در حفر چاه های عمیق تر از ۱۵۰۰۰ فوت (5 کیلومتر), بیشتر نمایان می شود زیرا نرخ نفوذ در این اعماق بین 60 تا 90 سانتیمتر در هر ساعت است که این دشواری در نفوذ, ۵۰٪ از هزینه های کل حفاری را در ۱۰٪ آخر حفر چاه براحتی می بلعد. در این اعماق، شیب شکستگی بسیار کم بوده و به تبع آن محدودیت های فنی شدیدی برای سیالات حفاری از نظر چگالی و فشارهای گردشی ایجاد می شود. چالش دشوار دیگر حفاری در اعماق زیاد مربوط می شود به مواجه عملیات حفاری با گنبدهای سخت نمکی با قدمت ۳۰ تا ۶۰ میلیون سال که در دسته بالای رسوبات دوران سوم پایینی قرار دارند. همانگونه که در تصاویر این مقاله و نیز در ویدیو انیمیشن این ایده در مقاله اصلی قابل مشاهده است عمده چالش اصلی و مانع مهم در ایده حفاری لیزری, داغ شدن بیش از حد بدنه محفظه پرس ماژول یا کوپلر لیزر است که در صورت رفع نشدن این مشکل سر مته لیزر بر اثر حرارت بالا تخریب شده و از کار می افتد. برای رفع این مشکل من ایده استفاده از گاز برودتی نیتروژن را در بدنه محفظه پرس لیزر طراحی کردم. عملکرد جفت شده لیزر و گاز برودتی امکان کنترل دما در اطراف ماژول لیزر را در مسیر گمانه حفاری تسهیل و ممکن می کند و به طور موثر امکان نفوذ و پیشرفت در اعماق زیاد حتی با دمای بحرانی را نیز میسر می سازد که جزئیات آن در مقاله اصلی قابل مطالعه است.
محفظه اصلی تجهیزات لیزری جهت عایق بندی دما در درون یک پوسته بیرونی قرار گرفته است. در این ایده, پوسته بیرونی بعنوان بدنه اصلی تجهیزات مته های ترکیبی مکانیکی-لیزری محسوب می شود که جهت انتقال جریان گاز برودتی, یک رشته شیارهای داخلی و لوله های برودتی انعطاف پذیر را بصورت رفت و برگشت در بدنه بیرونی طراحی کرده ام. شیارهای باریک میلیمتری بصورت شبکه های مارپیچ در تمامی جداره بدنه اصلی گسترش یافته اند تا نهایت راندمان عایق بندی حرارتی در مقابل دماهای بسیار بالا در اعماق زمین حاصل شود. همچنین شبکه مارپیچ مانند لوله های قطور تعبیه شده بر روی پوسته بیرونی به سر مته حفاری کمک می کند که مقادیر لازم و کنترل شده ای از گاز های برودتی به صورت فشرده به سمت دهانه گمانه رها سازد. رها سازی گازهای برودتی باعث می شود که فرآیند پیوسته کاهش دما در محیط اطراف سر مته به شکل موثری انجام یابد. لازم به اشاره است که بسته به نوع سیستم حفاری معمولا چهار گاز آرگون Ar، کریپتون Kr، هلیوم He و نیتروژن N2 به عنوان گازهای برودتی بالقوه در حفاری های عمیق مورد استفاده قرار می گیرند که برای ایده این طرح من نیتروژن را بعنوان شاره برودتی با تنش برشی پیوسته و نیز وکشسانی مناسب انتخاب کرده ام.
بدین روش بدنه محفظه پرس تجهیزات لیزر در طی دو مرحله متوالی و مداوم با گاز برودتی نیتروژن تماس برقرار می کند. در مرحله اول سیال برودتی با گذر از شیارهای باریک میلیمتری که در تمام سطح بدنه گسترده شده اند باعث افت دما در سمت درونی بدنه ماژول لیزر می شود و در مرحله دوم با عبور از لوله های انعطاف پذیر تعبیه شده در دور بدنه و سپس خروج سیال از نازل به سمت دیواره بیرونی بدنه, منجر به کاهش دمای مجدد در محدوده تجهیزات داخلی بدنه می گردد. بعبارتی سیکل متوالی عایق بندی حرارتی توسط چرخش سیال برودتی (در دو مرحله به دور بدنه ماژول لیزر), مانع نفوذ گرمای موجود در گمانه به درون تجهیزات لیزر شده و کنترل دمای دماغه مته را میسر می سازد. با توجه بر اینکه در اعماق زیاد محیط انتهای گمانه حفاری بسیار داغ و تجهیزات واقع شده در چنین محیطی بسیار آسیب پذیر و شکننده هستند, استفاده از تکنیک رها سازی گاز برودتی در دماغه مته ترکیبی می تواند تا حد بسیار زیاد و مطلوبی به تثبیت نرخ متعادل دما جهت امکان ادامه حفاری و نفوذ به اعماق بیشتر لایه های زمین کمک نماید که در بخش توضیحات تکمیلی این مقاله بر روی نشریه رسانه سیاره علوم , نحوه " حفاری در اعماق بسیار زیاد زمین با توسعه و بهبود سیستم خنک کننده فناوری لیزری" و ساختار تشکیل دهنده این سیستم به تفصیل شرح داده شده است.
